(57)【要約】【課題】放熱特性に優れ、熱変化に強く、電気特性に優れ、半導体素子等との密着性に優れた構造体、並びに、これを用いた半導体素子放熱部材及び半導体装置を提供する。【解決手段】  熱伝導性を有する放熱体（金属基体）１０と、金属基体１０の表面の少なくとも一部を覆うＤＬＣ膜（絶縁性非晶質炭素膜）１２と、ＤＬＣ膜１２上に設けられ３層で構成された積層電極１６と、を備えた構造体並びにこれを用いた半導体素子放熱部材及び半導体装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する金属基体と、
前記金属基体表面の少なくとも一部を覆う絶縁性非晶質炭素膜と、
前記絶縁性非晶質炭素膜上に設けられ２層以上の金属層で構成された多層金属体と、
を備えた構造体。
【請求項２】
前記多層金属体が、前記絶縁性非晶質炭素膜上から順に、少なくとも第一層、第二層及び第三層を含む積層構造を有し、前記第一層が前記絶縁性非晶質炭素膜との密着性が高い金属からなり、前記第二層が前記第一層及び前記第三層との接合性に優れた金属からなり、前記第三層が導電性を有し且つハンダとの密着性が高い金属からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第一層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＣｏから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記第二層が、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｕから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の構造体。
【請求項５】
前記第一層及び前記第二層の少なくとも一層が真空成膜法により形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項６】
前記第三層が、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｕから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項７】
前記第三層が、メッキ処理により形成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項８】
前記絶縁性非晶質炭素膜と前記多層金属体との間にＳｉを含む密着層を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項９】
２００〜１０００℃のアニール処理が施されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記熱伝導性を有する金属基体が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及びＦｅから選ばれる少なくとも一種の金属を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記絶縁性非晶質炭素膜が、Ｃ、Ｈ及びＳｉを主成分とし、Ｈの含有量が２０〜４０ａｔ％且つＳｉの含有量が１〜３０ａｔ％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の構造体からなることを特徴とする半導体素子放熱部材。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の構造体と、前記構造体の多層金属体上に搭載された半導体素子と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体素子が、バイポーラ型トランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、ダイオード等のパワーデバイス、または、大規模集積回路等の半導体チップであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に発生する熱を放散・冷却するための半導体素子放熱部材に好適に用いることのできる構造体、並びに、それを用いた半導体素子放熱部材及び半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力制御を伴う半導体素子の高出力化・小型化による発熱量の増大を解決すべく、半導体素子を電気的に隔離するために絶縁体からなる基板に搭載し、さらにこの絶縁体基板をヒートシンク（放熱板）や冷却板に搭載して、モジュールを構成していた。
【０００３】
電気絶縁性と熱伝導性とが要求されるヒートシンク材料としては、ＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が一般に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
前記ＡｌＮのようなセラミックス基板を用いた半導体装置の構造の一例としては、例えば、ＡｌＮからなる絶縁体基板の両面にＣｕ板などの導電層がろう付けされ、片方のＣｕ板の表面にＮｉメッキを施し、このＮｉメッキを施した表面に半導体素子を設け、もう一方のＣｕ板の表面に放熱板をハンダ付けした構造が挙げられる。
【０００４】
また他の構造として、ＡｌＮからなる絶縁体基板の両面にＡｌからなる導電層を接合し、片方のＡｌ導電層の表面に半導体素子を設け、他方のＡｌ導電層の表面に熱応力緩和を兼ねたＣｕ−ＭｏやＡｌ−ＳｉＣからなる放熱板をハンダ付し、この放熱板にグリースを介してＡｌ冷却板を設けた構造なども挙げられる。
しかし、前記に例示したような従来のＡｌＮ等のセラミックスを用いた半導体装置は、その構造が多層且つ複雑であるために、放熱特性が十分とは言えず製造コストも高かった。
【０００５】
また、ヒートシンクの放熱特性を向上させるため、気相合成ダイヤモンド（硬質絶縁性結晶質炭素膜）基板やＡｌＮに気相合成ダイヤモンドをコーティングした基板をヒートシンクとして利用することも提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。
しかし、熱伝導率の高いダイヤモンドをヒートシンクに用いた場合には、放熱特性は向上するものの、（１）（気相合成法により）成長したダイヤモンドの表面は凸凹が大きく、表面の研磨が必要である上に、充分な平滑性を確保することが非常に困難である、（２）剥離が起こり易く、また、ダイヤモンドを成長させるために予め金属基体表面をダイヤモンド研磨で粗す等の表面活性化処理が必要であり、さらに、全ての金属基体上にダイヤモンドを成長させることができない（例えば、ＡｌやＣｕ上にはダイヤモンドを形成することができない）、（３）成膜速度が遅いために生産性が低く、製造コストが高くなる、（４）ダイヤモンドは他の物質との濡れ性が悪く、電極形成が容易ではない等の問題があった。
【０００６】
更に、ＭＳＭ構造（金属−半導体−金属）のダイアモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」と称することがある。）の電気特性を測定するため、Ｃｕ、Ｃｒ又はＡｌからなり厚さ１μｍの単層電極を形成したものが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
ＤＬＣで被覆されたヒートシンク上に半導体素子に搭載する場合、通常、ＤＬＣ上に電極を形成し、該電極と半導体素子をハンダによって接合して半導体装置を形成する。半導体素子は、半導体装置の作動時にスイッチングによる発熱と冷却とが繰り返されていることから、その温度が常に変化している。
ここで、半導体素子は通常Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の結晶又はエピタキシャル成長による板状の基板からなるため、線膨張係数が小さい。これに対し、金属製のヒートシンクは線膨張係数が大きい。このため、半導体素子の温度が変化する際、半導体素子とヒートシンクとの熱膨張係数の差から、ヒートシンクと半導体素子との間に位置するＤＬＣ、電極及びハンダに熱応力が発生してしまう。この際、ＤＬＣと電極との間、又は、電極とハンダとの間の密着性が十分でないと、各接合面に剥離が生じてしまう。このように各接合面に剥離が生じてしまうと、電流を素子に十分に伝えることができなくなり、半導体装置が動作不良を起こしてしまう。
特にパワーデバイスを組み込んだモジュールにおいては、半導体素子を基板にハンダ付けするため、密着性が高く、電気伝導性の高い電極が必要とされる。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−９９２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２９２６９２号公報
【特許文献３】特開２０００−１７４１６６号公報
【非特許文献１】Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ４２（２００２）１４１〜１４３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記問題点を解決することを課題とする。すなわち、本発明は、放熱特性に優れ、熱変化に強く、電気特性に優れ、半導体素子等との密着性に優れた構造体、並びに、これを用いた半導体素子放熱部材及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、
＜１＞  熱伝導性を有する金属基体と、前記金属基体表面の少なくとも一部を覆う絶縁性非晶質炭素膜と、前記絶縁性非晶質炭素膜上に設けられ２層以上の金属層で構成された多層金属体と、を備えた構造体である。
【００１１】
前記＜１＞の構造体によれば、多層金属体と金属基体との間に絶縁性非晶質炭素膜を有することから、放熱特性に優れ且つ多層金属体と金属基体との密着性が高い。また、前記多層金属体が多層構造を有していることから、各層を形成する金属を適宜選択することで導電性を大きくしながら、各層及び金属基体との密着性を向上させることができ、更に、熱変化による、各層及び金属基体からの剥離を防止することができる。
【００１２】
本発明の構造体は、多層金属体を電極とした半導体素子放熱部材として好適に用いることができ、更に、前記電極と半導体素子とを接合することで、半導体装置を作製することができる。
【００１３】
＜２＞  前記多層金属体が、前記絶縁性非晶質炭素膜上から順に、第一層、第二層及び第三層からなる積層構造を有し、前記第一層が前記絶縁性非晶質炭素膜との密着性が高い金属からなり、前記第二層が前記第一層及び前記第三層との接合性に優れた金属からなり、前記第三層が導電性を有し且つハンダとの密着性が高い金属からなることを特徴とする前記＜１＞の構造体である。
【００１４】
前記＜２＞の構造体によれば、多層金属体を三層構造とし、各層間及び金属基体との密着性を高め、更に、第三層にハンダとの密着性の高い金属を用いることで、多層金属体を電極として半導体素子と接合する場合に、該半導体素子との密着性を高めることができる。尚、前記多層金属体が上述のような役割を有する三層構造で構成される場合、これらの層間に他の層を含んでいてもよく、また、各層のそれぞれが複数の層からなるような構成であってもよい。
【００１５】
＜３＞  前記第一層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＣｏから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする前記＜２＞の構造体である。
【００１６】
＜４＞  前記第二層が、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｕから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする前記＜２＞又は＜３＞の構造体である。
【００１７】
＜５＞  前記第一層及び前記第二層の少なくとも一層が真空成膜法により形成されることを特徴とする前記＜２＞〜＜４＞の構造体である。
【００１８】
＜６＞  前記第三層が、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｕから選ばれる一又は二種の金属から構成されることを特徴とする前記＜２＞〜＜５＞の構造体である。
【００１９】
＜７＞  前記第三層が、メッキ処理されていることを特徴とする前記＜２＞〜＜６＞の構造体である。
【００２０】
＜８＞  前記絶縁性非晶質炭素膜と前記多層金属体との間にＳｉを含む密着層を有することを特徴とする前記＜１＞〜＜７＞の構造体である。
【００２１】
＜９＞  ２００〜１０００℃のアニール処理が施されたことを特徴とする前記＜１＞〜＜８＞の構造体である。
【００２２】
＜１０＞  前記熱伝導性を有する金属基体が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及びＦｅから選ばれる少なくとも一種の金属を含むことを特徴とする前記＜１＞〜＜９＞の構造体である。
【００２３】
＜１１＞  前記絶縁性非晶質炭素膜が、Ｃ、Ｈ及びＳｉを主成分とし、Ｈの含有量が２０〜４０ａｔ％且つＳｉの含有量が１〜３０ａｔ％であることを特徴とする前記＜１＞〜＜１０＞の構造体である。
【００２４】
＜１２＞  前記＜１＞〜＜１１＞の構造体からなることを特徴とする半導体素子放熱部材である。
【００２５】
＜１３＞  前記＜１＞〜＜１１＞の構造体と、前記構造体の多層金属体上に搭載された半導体素子と、を有することを特徴とする半導体装置である。
【００２６】
＜１４＞  前記半導体素子が、バイポーラ型トランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、ダイオード等のパワーデバイス、または、大規模集積回路等の半導体チップであることを特徴とする前記＜１３＞の半導体装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、放熱特性に優れ、熱変化に強く、電気特性に優れ、半導体素子等との密着性に優れた構造体、並びに、これを用いた半導体素子放熱部材及び半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
《構造体》
本発明の構造体は、熱伝導性を有する金属基体と、前記金属基体表面の少なくとも一部を覆う絶縁性非晶質炭素膜と、前記絶縁性非晶質炭素膜上に設けられ２層以上の金属層で構成された多層金属体と、備えて構成することができる。本発明の構造体は、例えば、半導体装置の半導体素子放熱部材、電子部品（抵抗、コンデンサー）を搭載するための基板または筐体等に用いることができ、特に多層金属体を電極とした半導体素子放熱部材として好適に用いることができる。
【００２９】
上述の通り、本発明の構造体は半導体素子放熱部材として好適に用いることができる。本発明の構造体からなる半導体素子放熱部材（本発明の半導体放熱部材）は、半導体素子に発生する熱の放熱特性に優れ、半導体素子やその他の部材との密着性に優れる。
【００３０】
なお、本発明において、「半導体素子放熱部材」とは、半導体素子を搭載し、該半導体素子に発生する熱を放散及び／または冷却する部材を意味し、具体的には、ヒートシンク、ヒートスプレッダー、放熱板、冷却板等と呼ばれるような、半導体素子に発生する熱の放散や冷却に関与する放熱部材を意味する。
また、本発明の半導体素子放熱部材は、金属基体上に、少なくともこの金属基体と半導体素子との間を電気的に絶縁するように絶縁性非晶質炭素膜を設けたものであり、この絶縁性非晶質炭素膜上に電極を介して半導体素子を搭載するものである。
【００３１】
本発明の半導体素子放熱部材は、金属基体の、少なくとも半導体素子を搭載する部分に絶縁性非晶質炭素膜を設けているために、従来のＡｌＮ等のセラミックスからなる半導体素子放熱部材を用いた部材と比較すると、半導体素子の厚み方向に対して半導体装置の構造をより単純で薄い層構成とすることができる。このために、半導体素子の放熱特性に優れ、低コストでより簡易な構成を有する半導体装置を得ることができる。
【００３２】
さらに、ダイヤモンド基板やダイヤモンド層を設けた基板を利用した半導体素子放熱部材と比較した場合、絶縁性非晶質炭素膜の成膜速度はダイヤモンドと比べると速いために生産性が高く、製造コストを低くすることができる。
また、ダイヤモンドはその表面に結晶成長面が現れるためにその表面凸凹が大きく、表面の研磨が必要である上に、充分な平滑性を確保することが非常に困難であり、他の物質との濡れ性が悪い。また多結晶体で粒界を有するために、極めて脆く、個々の結晶に起因した熱膨張係数等の物性や構造の異方性を有する。一方、絶縁性非晶質炭素膜は、結晶構造を有さないために等方的であり、膜厚が均一で、表面凹凸が無く、他の物質との濡れ性も良好である。
【００３３】
このため、絶縁性非晶質炭素膜は、ダイヤモンドと比較して多結晶性に起因する表面凹凸が無いために、半導体素子の厚み方向に対して電圧を印加した場合において高く均一な耐電圧性を確保したり、絶縁性非晶質炭素膜に接して設けられる電極層の断線等に対する信頼性を向上することができる。また、熱膨張係数等の物性や構造の異方性が無いために、これらの要因による半導体素子と絶縁性非晶質炭素膜との間の剥離が起こりにくい。さらに、他の物質との濡れ性が良好であるために、絶縁性非晶質炭素膜に接して電極等を形成することが容易である。
【００３４】
−金属基体−
本発明に用いられる金属基体は、熱伝導性を有する公知の金属材料からなるものであれば特に限定されない。ここで、「熱伝導性を有する金属基体」とは、熱伝導率が８Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属からなる金属基体を意味する。前記金属基体の熱伝導率としては１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが更に好ましい。本発明の構造体をヒートシンク等の半導体素子放熱部材として用いた場合には、前記金属基体が放熱板の役割を担うこととなる。
半導体素子の熱を効率的に放散させるために金属基体の熱伝導率は高ければ高い程好ましく、このような観点から、金属基体は、少なくともＡｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及びＦｅから選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。前記金属基体は、これら金属単体からなるものであってもよいが、これらを含む複合材や混合物であってもよく、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ等の合金であってもよい。
【００３５】
本発明における金属基体のサイズは、使用目的に応じて適宜決定されるが、通常、短片（または直径）が、数ｍｍから数ｃｍ程度である。
【００３６】
−絶縁性非晶質炭素膜−
前記金属基体の表面の少なくとも一部は絶縁性非晶質炭素膜で覆われている。また、該絶縁性非晶質炭素膜上には後述する多層の金属からなる多層金属体が設けられる。前記絶縁性非晶質炭素膜としては、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、アモルファスカーボン、グラファイト、グラッシーカーボン等が挙げられ、密着性や薄膜に形成できる等の観点からダイアモンドライクカーボンが特に好ましい。
【００３７】
また、本発明に用いられる絶縁性非晶質炭素膜は、水素を含むことが好ましい。水素を含んだ絶縁性非晶質炭素膜は強度が強く、半導体素子との剥離が起こりにくい。
絶縁性非晶質炭素膜に含まれる水素の含有量は特に限定されないが、剥離防止の観点からは２０ａｔ％以上であることが好ましく、２５ａｔ％以上であることがより好ましい。水素の含有量は多ければ多いほど絶縁性非晶質炭素膜がより柔軟になるために剥離防止の上では好ましいが、水素の含有量が多すぎる場合には、絶縁性非晶質炭素膜がポリマー状の構造となり、強度が大幅に低下することにより逆に剥離が起こりやすくなる場合がある。従って、この観点からは水素の含有量は４０ａｔ％以下であることが好ましく、３５ａｔ％以下であることがより好ましい。
【００３８】
更に、剥離を防止し、より密着性を向上させるためには、水素に加えて前記絶縁性非晶質炭素膜がケイ素も含むことが好ましい。絶縁性非晶質炭素膜が水素に加えてケイ素を含むことにより、Ｓｉを主たる構成成分とする半導体素子と絶縁性非晶質炭素膜との熱膨張係数の差を小さくすることができ、半導体素子と絶縁性非晶質炭素膜との熱膨張係数差に起因する応力の発生を緩和できる。これにより、絶縁性非晶質炭素膜が水素のみを含有する場合と比較して、特に大きな温度変化に曝された場合における剥離の発生をより効果的に防止することができる。加えて、絶縁性非晶質炭素膜の残留応力をより小さくすることができるために、ケイ素を含まない絶縁性非晶質炭素膜と比較して、絶縁性非晶質炭素膜の膜厚をより厚くすることができ、更に耐電圧性をより向上させることも可能である。
【００３９】
絶縁性非晶質炭素膜に含まれるケイ素の含有量は特に限定されないが、１ａｔ％〜３０ａｔ％の範囲内であることが好ましく、５ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲内であることがより好ましい。ケイ素の含有量が１ａｔ％以上であると、大きな温度変化に曝された場合に半導体素子と絶縁性非晶質炭素膜との熱膨張係数差に起因する応力を緩和でき、剥離の発生を防止することができる。また、前記ケイ素の含有量が３０ａｔ％以下であると、絶縁性非晶質炭素膜の導電性が増大するのを防止でき、半導体素子と金属基体との間の絶縁性を十分に確保できる。
前記観点から、本発明に用いられる絶縁性非晶質炭素膜は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及びケイ素（Ｓｉ）を主成分とし、水素（Ｈ）の含有量が２０〜４０ａｔ％であり且つケイ素（Ｓｉ）の含有量が１〜３０ａｔ％であることが好ましい。
【００４０】
また、絶縁性非晶質炭素膜の膜厚は、本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いた場合に半導体素子と金属基体との絶縁性を十分に確保する観点から、少なくとも０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましい。また、絶縁性非晶質炭素膜の膜厚の上限は特に限定されないが、半導体素子に発生した熱を金属基体へと効率的に放散させるためには数十μｍ以下であることが好ましい。
さらに、絶縁性非晶質炭素膜は単層構造からなるものであってもよいが、絶縁性や半導体素子や金属基体に対する密着性等、絶縁性非晶質炭素膜に求められる種々の特性を高いレベルで達成するために、膜厚方向に対して水素やケイ素の含有量が異なる２層以上の多層構造や傾斜構造からなるものであってもよい。
【００４１】
−多層金属体−
本発明の構造体は金属基体表面を被覆した絶縁性非晶質炭素膜上に多層の金属からなる多層金属体が設けられる。前記多層金属体は２以上の金属層から構成されていればよいが、本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いた場合に半導体素子との密着性を高め、熱変化に対する耐性を高める観点からは三層構造であることが好ましい。本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いる場合、多層金属体は電極としての役割を担う。
【００４２】
前記多層金属体が、３層構造を有する場合、絶縁性非晶質炭素膜と直接接合する第一層は、絶縁性非晶質炭素膜との密着性が高い金属からなることが好ましい。絶縁性非晶質炭素膜との密着性が高い金属としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＣｏが挙げられ、これらから選ばれる一又は二種の金属を用いて第一層を形成することが好ましい。尚、単に蒸着等により形成しただけでは絶縁性非晶質炭素膜との密着性が低い金属であっても、アニール処理等を施すことによって絶縁性非晶質炭素膜との密着性を高めることができる金属であれば、前記第一層を構成する金属として好適に用いることができる。前記第一層を構成する金属は、必要によりアニール処置等を施した後の前記第一層と前記絶縁性非晶質炭素膜との密着力が、後述の実施例で説明する引張試験で、例えば、０．５ＭＰａ以上の金属であることが好ましく、１ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
【００４３】
前記第一層は蒸着やスパッタ等の真空成膜方により好適に形成することができる。また、第一層の膜厚としては、多層金属体の厚みとのバランスで適宜決定されるが、通常、５ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜５μｍが更に好ましい。
【００４４】
前記多層金属体が、３層構造を有する場合、前記第一層と後述する第三層との間に位置する第二層は、前記第一層及び前記第三層との接合性に優れた金属からなることが好ましい。前記第一層及び前記第三層との接合性に優れた金属は、第一層及び第三層を構成する金属によって異なるが、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ及びＣｕが挙げられ、これらから選ばれる一又は二種の金属を用いて第二層を形成することが好ましい。本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いる場合、第二層は、後述する第三層と共に電流を横方向（多層金属対の厚み方向と直交する方向）に流す役割を担うことで一層大きな電流を流すことができる。
【００４５】
前記第二層を構成する金属は、前記第一層及び第三層との密着力が、引張試験で、例えば、０．５ＭＰａ以上の金属であることが好ましく、１ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
前記第二層は、第一層と同様に蒸着やスパッタ等の真空成膜方により好適に形成することができる。また、第二層の膜厚としては、多層金属体の厚みとのバランスで適宜決定されるが、通常、５ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜５μｍが更に好ましい。
【００４６】
前記多層金属体が、３層構造を有する場合、第三層は本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いた場合に半導体素子と接合される層である。第三層は、導電性を有し且つハンダとの密着性が高い金属からなることが好ましい。前記導電性を有し且つハンダとの密着性が高い金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｕが挙げられ、これらから選ばれる一又は二種の金属を用いて第三層を形成することが好ましい。本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いる場合、第三層は、電流を横方向（多層金属対の厚み方向と直交する方向）に流す役割を担う。このため、前記第三層の電気抵抗率は高い方が好ましく、該電気抵抗率としては、例えば、１０ｍ・Ωｍ以下が好ましく、１ｍ・Ωｍ以下が更に好ましい。
【００４７】
前記第三層は、メッキ処理により形成されることが好ましい。また、第三層の膜厚としては、多層金属体の厚みとのバランスで適宜決定されるが、通常、１μｍ〜５００μｍが好ましく、５μｍ〜４００μｍが更に好ましい。
【００４８】
前記多層金属体の全体としての膜厚は、１μｍ〜５２０μｍが好ましく、５μｍ〜４１０μｍが更に好ましい。また、前記多層金属体が上述のような役割を有する三層構造で構成される場合、各層のそれぞれが複数の層からなるような構成であってもよい。このような場合、本発明においては、特に、第２層が複数の層で形成されることが好ましい。
【００４９】
本発明の構造体は、多層金属体と金属基体との密着性を更に高めるために、前記絶縁性非晶質炭素膜と前記多層金属体との間にＳｉを含む密着層を設けることができる。
【００５０】
前記密着層は、例えば、Ｓｉを蒸着やスパッタ等の真空成膜法によって成膜することで形成することができる。また前記密着層の膜厚は、５ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜５μｍが更に好ましい。
【００５１】
（半導体素子放熱部材）
本発明の構造体を半導体素子放熱部材として用いる場合、半導体素子放熱部材として要求される絶縁耐圧は、搭載する半導体素子の種類や定格に応じて異なるが、例えば、ＭＯＳ型トランジスタに対しては約１００Ｖ以上であることが好ましく、ＩＧＢＴ素子に対しては約３００Ｖ以上であることが好ましい。１０００Ｖ以上であれば、いずれの半導体素子を用いても十分に対応可能である。
以上に説明したような本発明に用いられる絶縁性非晶質炭素膜は、電気絶縁性に優れるため、金属基体上の所望の領域に欠陥無く形成された場合には、このような要求を満たすに十分な絶縁耐圧を得ることができる。更に、本発明の半導体素子放熱部材は、半導体素子のスイッチングによって発熱／冷却が繰り返し行われても、各層間の剥離等がなく、安定して駆動することができる。
【００５２】
本発明においては、絶縁性非晶質炭素膜の半導体素子を搭載する側の面に絶縁性有機膜を設けることができる。これにより、ピンホール等の欠陥部分が絶縁性有機膜により埋め込まれるため、優れた放熱特性を保ちつつ、耐絶縁性を向上させることができる。従って、ピンホール欠陥が多い場合でも、少なくとも１００Ｖ以上の絶縁耐圧を容易に得ることも可能であり、ピンホール欠陥が少ない場合には１０００Ｖ以上の絶縁耐圧を得ることも容易である。
なお、絶縁性有機膜は、絶縁性非晶質炭素膜の半導体素子を搭載する側の面全体を覆うように設けてもよいが、一部に設けるだけでもよい。なお、一部に設ける場合には、少なくともピンホール欠陥により絶縁性非晶質炭素膜の膜厚が薄くなっている部分を埋め込むように設けることが好ましい。
【００５３】
前記絶縁性有機膜の膜厚（但し、当該膜厚とは、ピンホール欠陥以外の部分に設けられた絶縁性有機膜の膜厚を意味する）としては、特に限定されないが、６μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以下であることが最も好ましい。なお、膜厚が１０μｍを超える場合には、放熱特性が低下する場合がある。
絶縁性有機膜を構成する材料としては、公知の絶縁性を有する有機材料を用いることができる。
【００５４】
−半導体素子−
本発明の半導体素子放熱部材に搭載される半導体素子は、公知の半導体素子であれば特に限定されず用いることが出来る。このような半導体素子としては、例えば、ＩＧＢＴ素子等のバイポーラ型トランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、ダイオード等のパワーデバイスや、大規模集積回路等の半導体チップを挙げることができる。本発明の半導体素子放熱部材は、半導体素子に発生した熱を効率的に放散することが可能であり、また、熱変化に対する耐性にも優れるため、発熱量の大きい半導体素子に対して用いることが好適である。
【００５５】
（構造体の製造方法）
本発明の構造体の製造方法は、少なくとも、金属基体上に、絶縁性非晶質炭素膜を形成する工程、前記絶縁性非晶質炭素膜上に積層金属体を積層する工程を経て作製されるものであれば特に限定されない。なお、絶縁性非晶質炭素膜を金属基体上に形成する際には、スパッタリング法や真空成膜法等の公知の絶縁性非晶質炭素膜の成膜が可能な成膜方法を利用することができるが、前記絶縁性非晶質炭素膜はプラズマＣＶＤ法により形成されることが好ましい。
プラズマＣＶＤ法は、絶縁性非晶質炭素膜の成膜速度が速い為に生産性が高く、半導体素子放熱部材をより低コストで作製することが可能である。また、成膜には方向性が無く、いずれの方向から成膜しても均一な膜厚で成膜することができるため、金属基体が凹凸を有するなどの複雑な形状であっても、金属基体上のいずれの部位にも容易に均一な膜厚の絶縁性非晶質炭素膜を形成することができる。また、絶縁性非晶質炭素膜が水素に加えてケイ素を含む場合は、より密着性が高まるために、膜厚をより均一とすることができる。
【００５６】
プラズマＣＶＤ法により絶縁性非晶質炭素膜を形成する際の原料ガスとしては、炭素及び水素を供給する原料ガスとしては、例えばメタン（ＣＨ4），エタン（Ｃ2Ｈ6）等の飽和炭化水素、エチレン（Ｃ2Ｈ4）やアセチレン（Ｃ2Ｈ2）等の不飽和炭化水素、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）等の芳香族炭化水素が利用可能であり、これらのガスを水素ガスと混合して用いてもよい。また、炭素や水素と共にケイ素を供給する原料ガスとしては、テトラメチルシラン、シラン、塩化ケイ素等のケイ素化合物が利用可能であり、希釈ガスとしては、窒素（Ｎ2）等の不活性ガスのほか、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスが利用可能である。
【００５７】
また、絶縁耐圧の向上を目的として、絶縁性非晶質炭素膜の表面に絶縁性有機膜を形成するような場合、この絶縁性有機膜の形成方法としては公知の方法を用いることができる。しかしながら、絶縁性有機膜によりピンホール欠陥を埋め込むように確実に被覆するためには、液相成膜法を用いることが好ましく、特に電気泳動を利用した方法を用いることが好ましい。
【００５８】
なお、電気泳動を利用する場合には、絶縁性有機膜は以下に説明するようにして形成することができる。
絶縁性有機膜を構成する原料（電着成分）を含む電着液中に、絶縁性非晶質炭素膜が形成された金属基体を浸漬する。次に、予め金属基体に取りつけたリード線や、電着液中に浸漬した電極を介して、絶縁性非晶質炭素膜が形成された金属基体に電界を印加し、電着液中に含まれる電着成分を電着させて、電着膜を形成する。その後、電着膜中に含まれる未反応の成分を除去し、電着膜を乾燥させた後、加熱処理することにより、ピンホール欠陥部分を埋めこみ、またこれ以外の部分を覆うように絶縁性有機膜が形成される。
【００５９】
なお、電着液中に含まれる電着成分としては、電着可能な公知の水溶性有機物を用いることができるが、例えば、可溶性ポリイミド及びアミン変性アクリルポリマーを混合・複合化したポリイミド、アミン付加変性エポキシ樹脂、あるいは、ブロック化イソシアネート含有アミン付加変性エポキシ樹脂を基体樹脂とするカチオン粒子等を用いることができる。
【００６０】
また、電着液に含まれる電着成分以外のその他の成分としては、水以外にも、他の溶媒成分として公知の水溶性有機溶媒を用いることができ、また、酢酸や乳酸等の酸類や、珪酸鉛や燐酸アルミニウム等の塩類を用いることができる。
【００６１】
次いで、半導体素子放熱部材上に積層金属体を形成するには、スパッタや蒸着等の真空成膜法を用いることができる。前記蒸着法としては、ＣＶＤ蒸着法、ビーム蒸着法等が挙げられる。また、本発明の構造体が上述の三層構造を有する場合には、第一層及び第二層を真空成膜法で形成し、第三層は電気メッキ等のメッキ処理により形成することが好ましい。
真空成膜法における成膜温度（基板温度）は、室温から１０００℃までが好ましい。即ち、基板が清浄である場合には、室温においても十分な密着力が得られる。これに対し、基板表面の汚れを除去し、又は、金属同士の拡散を促進して、より密着力を上げる目的のためには、上記成膜温度が高温であることが好ましい場合がある。ただ、この際上記成膜温度を高温にすると絶縁性非晶質膜の分解が始まる可能性があるため、上記成膜温度の上限としては、絶縁性非晶質膜の成膜温度以下が好ましい。
また、メッキ時の成膜温度（槽温度）は、メッキの金属種および添加剤によって異なるが析出速度や析出金属の形状を考慮して、一般的にニッケル（Ｎｉ）の場合は比較的高温（９０℃前後）で行われ、銅（Ｃｕ）の場合には室温付近でおこなわれる場合が多い。
【００６２】
更に、積層金属体にはアニール処理（加熱処理）を施すのが好ましい。積層金属体にアニール処理を施すことで絶縁性非晶質炭素膜と積層金属体との密着性や各層間の密着性を高めることができる。前記アニール処理は、大気圧中で温度を２００〜１０００℃として施すことが好ましく、２５０〜８００℃で施すことが更に好ましく、３００〜６００℃で施すことが特に好ましい。このように、２００〜１０００℃の範囲でアニール処理を施すと、金属粒子内の拡散や、界面不純物の散逃により高密着な接合とすることができる。また、加熱時間は特に限定はないが、通常１秒〜数時間程度が好ましく、１０秒〜１時間程度が更に好ましい。また、前記アニール処理は、第一層と第二層とに施すことが好ましい。
【００６３】
（半導体装置）
本発明の半導体装置は、上述のような本発明の半導体素子放熱部材と、該半導体素子放熱部材の少なくとも絶縁性非晶質炭素膜が形成された部分に搭載された半導体素子と、を含むものであれば特に限定されず、他の構成を有していてもよい。また、半導体素子放熱部材に搭載される半導体素子は、１個であってもよいが、２個以上であってもよい。
【００６４】
なお、半導体素子から絶縁性非晶質炭素膜を介して金属基体へと伝導された熱は、自然に放散させてもよく、空冷や水冷等の公知の冷却方法を利用して強制的に冷却してもよい。後者の場合には、金属基体そのものが、このような冷却機能を兼ねたものであってもよいが、金属基体の半導体素子が設けられていない部分に金属基体を冷却するための冷却部材を接して設けてもよい。
【００６５】
以下に図面を参照しつつ本発明の半導体装置について具体的に説明するが、本発明の半導体装置は以下の構成のみに限定されるものではない。
図１は本発明の半導体装置の主要部の構成の一例について示す模式断面図である。図１において、半導体装置１００は、放熱板（金属基体）１０と、ＤＬＣ膜（絶縁性非晶質炭素膜）１２と、Ｓｉ密着層１４と、積層電極（積層金属体）１６と、半導体素子２６と、から構成されている。尚、本発明は図１に示す半導体装置に限定されるものではない。
【００６６】
図１からわかるように、半導体装置１００は、放熱板１０上にＤＬＣ膜１２が設けられており、更に、ＤＬＣ膜１２上には、Ｓｉ密着層１４を介して、第一電極層１８と第二電極層２０と第三電極層２２とが順次積層された積層電極１６が設けられている。また、積層電極１６の上側（（以下、図１及びこれ以降において説明する半導体装置の説明に際して、「上」「上側」「上面」とは、金属基体に対して半導体素子が設けられた側の面・方向を意味し、「下」「下側」「下面」とは、金属基体に対して半導体素子が設けられた側と反対側の面・方向を意味するものとする）には、ハンダ層２４を介して半導体素子２６が接合されている。
半導体装置１００は例えば次のようにして作製することができる。まず、放熱板１０上に、ＤＬＣ膜１２をプラズマＣＶＤ等により形成し、その後、形成されたＤＬＣ膜１２上にＳｉをスパッタ等により成膜しＳｉ密着層１４を形成する。次いで、第一電極層１８と第二電極層２０とを真空成膜法により順次形成し、更に第二電極層２０上に第三電極層２２をメッキ処理により形成する。
【００６７】
放熱板（金属基体）１１は、既述したような金属材料から構成されるものであり、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ合金基板やＡｌ基板が用いられる。ＤＬＣ膜１２は、放熱板１０と対極との間に直流電圧を印加し、Ｓｉを含有したダイアモンドライクカーボンを放熱板１０の上に形成したものである。また、ＤＬＣ膜１２上にはスパッタによりＳｉ密着層１４が設けられている。積層電極１６は、第一電極層１８、第二電極層２０及び第三電極層２２が積層されたものであり、第一電極層１８はＤＬＣ膜と密着性の高い上述のＰｔから構成されており、スパッタ法により形成されている。第二電極層２０は、第一電極層１８と第三電極層２２との密着性が高く、導電性を有するＣｕで構成されており、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法により第一電極層上に形成されている。尚、第一電極層１８上に第二電極層２０を設けた後、第一電極層１８及び第二電極層には４００〜５００℃でアニール処理が施されている。このアニール処理によりＤＬＣ膜１２、Ｓｉ密着層１４及び第一電極層１８の密着性が高められている。更に、第三電極層２２は、ハンダ層２４との密着性の高いＣｕで形成されており、メッキ法により形成されている。
【００６８】
第三電極層２２と半導体素子２６とはハンダ層２４により接合されている。また、半導体素子２６としては、ＩＧＢＴ素子が設けられている。また、半導体装置１００は、放熱板１０の下面に接するように、半導体素子２６で発生し、放熱板１０に伝導された熱を強制的に冷却するための、空冷や液冷式の冷却部材等を接着して設けてもよい。このような冷却部材を設けることにより、半導体素子２６に発生する熱をより効果的に放散することが可能となる。尚、この際の接着に用いる接着材料としては、例えばグリースや蝋などを用いることができるが、より熱抵抗の低い蝋を用いることが好ましい。
【００６９】
図１に示す本発明の半導体装置１００は、層構成が簡易であり、また、半導体装置の作製に際して必要なハンダ付けの回数も、従来では２回必要であったのに対して、半導体装置１００では１回で済み、作製工程がより簡易である。
【００７０】
また、従来の半導体装置では、絶縁体の厚みが数百μｍ程度であるのに対して、ＤＬＣ膜１２の厚みは既述したように０．１μｍ〜数十μｍ程度の厚みで構成することができる。従って、半導体素子２６と放熱板１０との間隔をより小さくできるために、半導体素子２６で発生した熱が放熱板１０へと伝達しやすく、放熱効率を高くすることができる。
【００７１】
従来の半導体装置と本発明の半導体装置１００とを比較すると、半導体素子に通電した際の発熱量がそれぞれ同じであっても、本発明の半導体装置１００に設けられた半導体素子２６は従来の半導体素子よりも発熱温度をより低く抑えることができるため、短絡耐量やアバランシェ耐量等の過度な温度上昇による半導体素子の破壊がより起こりにくくなる。
【００７２】
また、半導体素子２６に対して許容される最高発熱温度が同じであっても、本発明の半導体装置１００に設けられた半導体素子２６には、従来の半導体装置に設けられた半導体素子よりもより多くの電流を流すことが可能である。このため、半導体素子として同等のものを用いても本発明の半導体装置１００の方が従来の半導体装置よりもより大きな電流を制御することができる。従って、本発明の半導体装置を複数の半導体素子を用いて構成する場合、使用する半導体素子の数を削減できることから、コストを低減することが可能である。また、従来の半導体装置のように窒化アルミニウムや等の高価なセラミックス製の絶縁板を不要とすることから、コストの大幅な低減が可能である。
【００７３】
更に、金属の３層構造からなる積層電極１６を有する本発明の半導体装置１００は、ＤＬＣ膜との密着性の高い金属を用いて第一電極層１８を形成し、更にハンダとの密着性の高い金属を用いるとともに、これら金属と密着性の高い金属で第二電極層を形成することで、半導体素子２６のスイッチングによって生じる温度変化に対する耐性が高められており、高い信頼性を有するモジュールを形成することができる。
【００７４】
次に、図１に示す半導体装置の構成をベースとした半導体装置のより詳細な構成例について説明する。図２は、本発明の半導体装置の他の一例について示した模式断面図であり、具体的には、図１に示す半導体装置の主要部の構成に加えて、主要部を囲む部分や配線等のようなその他の構成についても示したものである。
【００７５】
図２中、半導体装置２００は、引出電極４１及び４２、バスバー５０、５１及び５２、配線６０、６１及び６２、樹脂ブロック７０及び７１、封止用ゲル８０、を備え、その他の符号で表される部材は、図１に示すものと同等の機能・構成を有するものである。なお、図２において、ＤＬＣ膜１２と積層電極１６との間に設けられるＳｉ密着層１４、及び、積層電極１６と半導体素子２６との間に設けられるハンダ層２４については記載を省略してある。
【００７６】
半導体装置２００において、放熱板１０の片面には、放熱板１０の片面全面を覆うようにＤＬＣ膜１２が設けられ、ＤＬＣ膜１２上に設けられた積層電極１６を介して半導体素子２６が搭載されている。なお、図２に示す半導体装置２００において、ＤＬＣ膜１２は、放熱板１０の片面全面を覆うように設けられているが、必ずしも放熱板１０の片面全面を覆うように設ける必要はなく、少なくとも半導体素子２６と放熱板１０とが絶縁されるように設けられていればよい。
また、半導体素子２６の積層電極１６が設けられた側と反対側の面には引出電極４１及び４２が設けられている。また、放熱板１０の両側には、放熱板１０が「凹」の字の底辺を成し、「凹」の字の両側の縦線を成すように樹脂ブロック７０及び７１が設けられている。
【００７７】
樹脂ブロック７０の中央部近傍には、樹脂ブロック７０を横方向に貫くようにバスバー（エミッタ用）５１が設けられており、バスバー５１は配線６１を介して、半導体素子２６のエミッタ電極に相当する引出電極４１と接続されている。また、樹脂ブロック７１の中央部近傍には、樹脂ブロック７１を横方向に貫くようにバスバー（コレクター用）５０が設けられており、バスバー５０の更に上側に樹脂ブロック７１を横方向に貫くようにバスバー（ゲート用）５２が設けられている。バスバー５０は、半導体素子２６のコレクター電極に相当する積層電極１６と配線６０を介して接続されており、バスバー５２は、半導体素子２６のゲート電極に相当する引出電極４２と配線６２を介して接続されている（なお、横方向とは、金属基体の幅方向を意味し、これ以降において説明する半導体装置の説明に際しても同様とする）。
【００７８】
また、放熱板１０、樹脂ブロック７０、樹脂ブロック７１で囲まれた空間には、この領域と接しているＤＬＣ膜１２、半導体素子２６、積層電極１６、引出電極４１及び４２、バスバー５０，５１及び５２、配線６０，６１及び６２、樹脂ブロック７０及び７１の部分を外気と遮断するように、封止用ゲル８０が充填してある。
【００７９】
なお、図２に示す半導体装置２００のような構成において、半導体装置２００が主に放熱板１０とＤＬＣ膜１２と積層電極１６とからなる１つの半導体素子放熱部材上に複数の半導体素子（例えば、６個のＩＧＢＴ素子）や、ダイオード等が搭載されているような場合には、半導体装置２００の回路構成は例えば図３のように示すことができる。
図３は、図２に示す半導体装置の回路図の一例について示す模式図であり、図３中、Ｂは電源、Ｄ１〜Ｄ６はダイオード、Ｓ１〜Ｓ６はＩＧＢＴ素子（図２中の半導体素子２６に相当する）、Ｇ１〜Ｇ６はゲート電極端子、Ｍ１〜Ｍ３はモータ用端子（三相インバーターを構成）を表す。なお、Ｇ１〜Ｇ６及びＭ１〜Ｍ３は不図示の配線により半導体装置外部に設けられた図示を省略する回路・モータ等と接続されている。
【００８０】
以上のように本発明の構造体は、半導体素子放熱部材として好適に用いることができ、該半導体素子放熱部材を用いることで信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
【実施例】
【００８１】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８２】
［実施例１］
実施例１では、金属基体（ＣｕＭｏ合金）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、第一電極層としてＣｒを用いた三層構造の積層電極を有する半導体装置の例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
Ｃｕが３５ａｔ％及びＭｏが６５ａｔ％からなるクラッド金属板を縦約２２ｍｍ横約３９ｍｍ厚さ３ｍｍの板材に加工し、ヒートシンク用の放熱板（金属基体）を作製した。次に、得られた放熱板をＤＬＣ成膜用の真空チャンバー内の台に設置し、原料ガスとしてメタンガスとテトラメチルシランガスとを、また、希釈ガスとしてアルゴンと水素ガスとを導入した。次いで、台と対極との間に直流電圧を引加して、Ｓｉを含有したダイヤモンドライクカーボンを放熱板の上面に厚さ約３μｍで成膜し、ＤＬＣ膜を形成した。成膜時間は約３０分であった。
【００８３】
従来技術として、本発明における絶縁性非晶質炭素膜の代わりにダイヤモンドを用いる技術があるが、この場合ダイヤモンドを成膜するのに数時間を要することと比較すると、本発明は、格段に短時間で絶縁膜を形成でき、成膜に要する製造コストも大幅に削減できた。
【００８４】
その後、ＤＬＣ膜の表面に第一電極層としてＣｒを電子ビーム蒸着（以下、「ＥＢ蒸着」という場合がある。）によって約０．２μｍの厚さでメタライズした。具体的には、まず、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、ＥＢ蒸着装置内のブラネタリー式基体ホルダーに設置した。次いで、ＥＢ蒸着装置のチャンバー内を２×１０-6ｔｏｒｒ（約２６６．６×１０-6Ｐａ）以上の真空状態となるように排気した後、放熱板と純度９９．９％のＣｒ粒を入れたハース（坩堝）との間に８ｋＶの電圧を印加し、０．２５Ａの電流を８分間流し、ＥＢ蒸着によってＣｒからなる約０．２μｍの第一電極層を形成した。
【００８５】
続けて、真空状態のチャンバー内で、ハースを純度９９．９９％のＣｕ粒を入れたものと交換し、８ｋＶの印加電圧で０．４０Ａの電流を約１３分間流して、第一電極層の上にＣｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成し、Ｃｒ／Ｃｕの積層膜を得た。Ｃｒ／Ｃｕ積層膜は、前記メタルマスクの開口部にだけ成膜され、電極及び配線をかたち作る。
【００８６】
第二電極層までを形成した放熱板をＥＢ蒸着チャンバーから取り出し、Ｃｒ／Ｃｕ積層膜の一端をクリップによってリード線と接続し、ビーカー内に設置した。ビーカーには、硫酸銅を主体とするめっき液が満たされており、更に対極として銅版を設置した。外部電源から、Ｃｒ／Ｃｕ積層膜に負電圧を印加し、また対極に正電圧を印加して、電気めっきによりＣｒ／Ｃｕ積層膜上に第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。
この際、めっき時間を長くすることにより、第三金属層であるＣｕの厚さを３６μｍにすることが可能であった。
更にこのＣｒ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例１の半導体装置とした。
【００８７】
（信頼性試験〉
得られた半導体装置を、冷熱衝撃試験機（ＴＳＶ−４０ｈｔ、タバイ・エスペック（株）（現エスペック（株））製）内の棚に設置し、大気中、−４０℃及び＋１０５℃の間で、温度上昇及び温度下降を各々２０分間隔で繰り返し、気相冷熱サイクル試験を行なった。この際、温度サイクル１回で、温度上昇及び温度下降がそれぞれ１回づつ行われる。規格された３０００回の温度サイクルを行なった後、半導体装置を取り出し、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【００８８】
（電気特性〉
チップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例１の半導体装置の電圧降下を測定したところ０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【００８９】
［実施例２］
実施例２は、金属基体（Ａｌ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、第一電極層としてＣｒを用いた三層構造の積層電極を有する半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
Ａｌからなる金属板（アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａｌ２０１７）の金属材を実施例１と同様に、縦約２２ｍｍ横約３９ｍｍ厚さ約３ｍｍの板材に加工し、ヒートシンク用の放熱板（金属基体）を作製した。得られた放熱板をＤＬＣ成膜用の真空チャンバー内の台に設置し、原料ガスとしてメタンガスとテトラメチルシランガスとを、また、希釈ガスとしてアルゴンと水素ガスとを導入した。次いで、台と対極との間に直流電圧を引加して、Ｓｉを含有したダイヤモンドライクカーボンを放熱板の上面に厚さ約３μｍで成膜し、ＤＬＣ膜を形成した。成膜時間は約３０分であった。
その後、実施例１と同様に開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、ＥＢ蒸着装置内のプラネタリー式基体ホルダーに設置した。実施例１と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＣｒからなる厚さ約０．２μｍの第一電極層を形成した。更に、実施例１と同様の条件で、Ｃｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。得られた積層膜上に、実施例１と同様にして、電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜からなる第三電極層を形成した。次いで、このＣｒ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例２の半導体装置とした。
【００９０】
（信頼性試験）
得られた実施例２の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【００９１】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例２の半導体装置の電圧降下を測定したところ０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【００９２】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成した。次いで、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、ＥＢ蒸着装置内のブラネタリー式基体ホルダーに設置した。実施例１と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＣｒからなる厚さ約０．２μｍの第一電極層を形成した。更に、実施例１と同様の条件で、Ｃｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、Ｃｒ／Ｃｕ積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【００９３】
次いで、実施例１と同様にして、Ｃｒ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例２における引張試験用のサンプルを形成した。
【００９４】
（引張試験）
引張試験機として、本体の上面に台座を有し、本体後方から上に向けて支柱が伸び、該支柱上部にアームが取付けられている構造を有する引張試験機（プッシュプルスタンドＳＶ−２０１型（（株）イマダ製）を用いて、引張試験用のサンプルについて引張強度を測定した。尚、引張試験機のアーム（デジタルフォースゲージＳＰＲＳＨ１００Ｔ型（（株）イマダ製）には力を測定するゲージが吊り下げられており、該ゲージの下端にはチャックが取り付けられている。また、チャック下端には雌ネジが切ってある。
【００９５】
まず、引張試験用のサンプルの放熱板を、引張試験機の台座にボルトで固定した。また、サンプルにハンダ付けされたネジを、引張試験機のチャックに取り付けた。本試験においては、支柱が伸びることにより、台座とアームとの間が伸張し、サンプルに引っ張りの力が掛かるようになっている。支柱の伸びる速度を０．５ｍｍ／分としてサンプルを伸張し、ゲージの出力をペンレコーダに出力して、破断する直前の最大加重を読み取り、単位面積あたりの最大加重を引張強度とした。この際、実施例２のサンプルにおける引張強度は２．９ＭＰａであった。
【００９６】
［実施例３〜４］
実施例３及び４は、金属基体（Ａｌ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、第一電極層として、それぞれＮｉ又はＡｌを用いた三層構造の積層電極を有する半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
Ａｌからなる金属板（アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ２０１７）の金属材を実施例１と同様に、縦約２２ｍｍ横約３９ｍｍ厚さ約３ｍｍの板材に加工し、ヒートシンク用の放熱板（金属基体）を作製した。得られた放熱板をＤＬＣ成膜用の真空チャンバー内の台に設置し、原料ガスとしてメタンガスとテトラメチルシランガスとを、また、希釈ガスとしてアルゴンと水素ガスとを導入した。次いで、台と対極との間に直流電圧を引加して、Ｓｉを含有したダイヤモンドライクカーボンを放熱板の上面に厚さ約３μｍで成膜し、ＤＬＣ膜を形成した。成膜時間は約３０分であった。
【００９７】
その後、実施例１と同様に、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、ＥＢ蒸着装置内のプラネタリー式基体ホルダーに設置した。実施例１と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によって厚さ約０．２μｍの第一電極層を形成した。この際、実施例３では、９９．９％のＮｉ粒を入れたハースを用いてＮｉからなる第一電極層を形成し、実施例４では、９９．９％のＡｌ粒を入れたハースを用いてＡｌからなる第一電極層を形成した。続けて、各々の第一電極層上に実施例１と同じ条件でＣｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成し、Ｎｉ／ＣｕまたはＡｌ／Ｃｕ積層膜を形成した。
【００９８】
得られた積層膜上に、実施例１と同様にして、電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜からなる第三電極層を形成した。次いで、このＮｉ／Ｃｕ又はＡｌ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例３及び４の半導体装置とした。
【００９９】
（信頼性試験）
得られた実施例３及び４の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１００】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例３及び４の半導体装置の電圧降下を測定したところ０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１０１】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成した。次いで、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、ＥＢ蒸着装置内のブラネタリー式基体ホルダーに設置した。実施例３及び４における半導体装置の製造方法と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＮｉ又はＡｌからなる厚さ約０．２μｍの第一電極層をそれぞれ形成した。更に、実施例１と同様の条件で、Ｃｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【０１０２】
次いで、実施例１と同様にして、Ｎｉ／Ｃｕ又はＡｌ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例３及び４における引張試験用のサンプルを形成した。
【０１０３】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例３及び４における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。実施例３のサンプルの引張強度は１．８ＭＰａであり、実施例４のサンプルの引張強度は０．５Ｍｐａであった。
【０１０４】
［実施例５］
実施例５は、金属基体（Ｐｄ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、スパッタ法によりＰｄからなる第一電極層を形成した三層構造の積層電極を有する半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の製造方法＞
実施例２と同様にして、Ａｌからなるヒートシンク用の放熱板を作製し、該放熱板上面に厚さ３μｍのＳｉを含有したＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２と同様にして、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。
【０１０５】
次いで、スパッタ装置内を、１０-6ｔｏｒｒ（約２６６．６×１０-6Ｐａ）以上の真空度となるように排気した後、排気系を切替えて、流量２０ｓｃｃｍ（standard cc/min、0 ℃におけるcc/min）でＡｒを流し圧力を約５×１０-3Ｔｏｒｒ（６６６．６×１０-3）に保ち、Ｐｄターゲットと基体との間に交流電圧ＤＣ４３０Ｖを印加した。約４分間スパッタを行い、厚さ０．２μｍの第一電極層を形成した。
【０１０６】
次いで、ターゲットをＣｕに交換し、続けて厚さ０．５μｍの第二電極層を形成し、Ｐｄ／Ｃｕ積層膜を得た。具体的には、ターゲットをＣｕに交換した後、一旦１０-6Ｔｏｒｒ以上の真空度にし、再び流量２０ｓｃｃｍでＡｒを流した。次いで、Ｃｕターゲットと基体との間に交流電圧ＤＣ４１０〜４３０Ｖの間で調整しながら電圧を印加し、約１２分間スパッタを行なってＣｕからなる第二電極層を形成した。
更に、実施例１と同様に、Ｐｄ／Ｃｕの積層膜上に電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を第三電極層として形成した。次いで、このＣｒ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例５の半導体装置とした。
【０１０７】
（信頼性試験）
得られた実施例５の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１０８】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例５の半導体装置の電圧降下を測定したところ０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１０９】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成した。次いで、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させ、スパッタ装置に設置した。次いで、実施例５における半導体装置の製造方法と同じ条件でスパッタ法によってＰｄからなる厚さ約０．２μｍの第一電極層を形成した。更に、実施例５の半導体装置の製造方法と同様の条件で、Ｃｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、Ｐｄ／Ｃｕ積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【０１１０】
次いで、実施例１と同様にして、Ｐｄ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例５における引張試験用のサンプルを形成した。
【０１１１】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例５における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。実施例５のサンプルの引張強度は１．３ＭＰａであった。
【０１１２】
［実施例６〜９］
実施例６〜９は、金属基体（Ａｌ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、第一電極層として、それぞれＣｏ，Ｔｉ，Ｃｒ又はＡｌを用いた三層構造の積層電極を有し、更に、ＤＬＣ膜と積層電極との間にＳｉからなる密着層を有し、且つ、第一及び第二電極層の形成の際に熱処理（アニール処理）を施して半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
実施例２と同様にして、Ａｌからなるヒートシンク用の放熱板を作製し、該放熱板上面に厚さ３μｍのＳｉを含有したＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２と同様にして、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。
【０１１３】
次いで、スパッタ装置を用い、Ｓｉを約０．２μｍの厚さで成膜し、これを密着層とした。即ち、一旦１０-6Ｔｏｒｒ以上の真空度にした後、流量２０ｓｃｃｍでＡｒを流し、Ｓｉターゲットと基体との間にＲＦ１００Ｗを印加し、約１２分間スパッタを行なって密着層を形成した。
【０１１４】
次いで、放熱板をスパッタ装置から取り出した後、ＥＢ蒸着装置に設置した。実施例１と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によって厚さ約０．２μｍの第一電極層を前記密着層上に形成した。この際、実施例６では、９９％のＣｏ粒を入れたハースを用いてＣｏからなる第一電極層を形成し、実施例７では、９９．９％のＴｉ粒を入れたハースを用いてＴｉからなる第一電極層を形成し、実施例８では、９９．９％のＣｒ粒を入れたハースを用いてＣｒからなる第一電極層を形成し、実施例９では、９９．９％のＡｌ粒を入れたハースを用いてＴｉからなる第一電極層を形成した。続けて、各々の第一電極層上に実施例１と同じ条件でＣｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成し、それぞれＣｏ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｃｒ／ＣｕまたはＡｌ／Ｃｕ積層膜を形成した。
【０１１５】
第二電極層まで形成された放熱板をＥＢ蒸着チャンバーから取り出し、アニール炉内の試料台に設置した。次いで、大気圧、水素雰囲気中４００℃で３０分間熱処理（アニール処理）を行った。熱処理後、得られた積層膜上に、実施例１と同様にして、電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜からなる第三電極層を形成した。次いで、このＣｏ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｃｒ／Ｃｕ又はＡｌ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例６〜９の半導体装置とした。
【０１１６】
（信頼性試験）
得られた実施例６〜９の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１１７】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例６〜９の半導体装置の電圧降下を測定したところ各々０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１１８】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成し、更に、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。次いで、前記半導体装置の作製と同様にしてスパッタにより約０．２μｍのＳｉを含む密着層を形成し、その後、ＥＢ蒸着装置内のブラネタリー式基体ホルダーに設置した。実施例６〜９における半導体装置の製造方法と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＣｏ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＡｌからなる厚さ約０．２μｍの第一電極層をそれぞれ形成した。更に、実施例１と同様の条件で、Ｃｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【０１１９】
次いで、実施例６〜９における半導体装置の製造方法と同じ条件で熱処理を行い、その後、実施例１と同様にして、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｃｒ／ＣｕまたはＡｌ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例６〜９における引張試験用のサンプルを形成した。
【０１２０】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例６〜９における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。実施例６のサンプルの引張強度は２．５ＭＰａであり、実施例７のサンプルの引張強度は３．１Ｍｐａであり、実施例８のサンプルの引張強度は４．７ＭＰａであり、実施例９のサンプルの引張強度は６．６Ｍｐａであった。
【０１２１】
［実施例１０〜１１］
実施例１０〜１１は、金属基体（Ａｌ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、スパッタ法によりＰｔからなる第一電極層を形成した三層構造の積層電極を有し、更に、ＤＬＣ膜と積層電極との間にＳｉからなる密着層を有し、且つ、第一及び第二電極層の形成の際に熱処理（アニール処理）を施して半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
実施例２と同様にして、Ａｌからなるヒートシンク用の放熱板を作製し、該放熱板上面に厚さ３μｍのＳｉを含有したＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２と同様にして、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。
【０１２２】
次いで、スパッタ装置を用い、Ｓｉを約０．２μｍの厚さで成膜し、これを密着層とした。即ち、一旦１０-6Ｔｏｒｒ以上の真空度にした後、流量２０ｓｃｃｍでＡｒを流し、Ｓｉターゲットと基体との間にＲＦ１００Ｗを印加し、約１２分間スパッタを行なって密着層を形成した。
【０１２３】
次いで、真空状態のチャンバー内において、ターゲットをＰｔに交換し、Ａｒを流量２０ｓｃｃｍで流して、Ｐｔターゲットと基体との間に交流電圧ＤＣ４４０Ｖを印加した。約６分間スパッタを行い、Ｐｔからなる厚さ０．２μｍの第一電極層を形成した。放熱板をスパッタ装置から取り出した後、ＥＢ蒸着装置に設置し、実施例１と同様の条件で厚さ０．５μｍのＣｕからなる第二電極層を形成し、Ｐｔ／Ｃｕ積層膜を得た。
【０１２４】
第二電極層まで形成された放熱板をＥＢ蒸着チャンバーから取り出し、アニール炉内の試料台に設置した。次いで、大気圧、水素雰囲気中で３０分間熱処理（アニール処理）を行った。この際、実施例１０においては４００℃熱処理を行い、実施例１１においては５００℃で熱処理をおこなった。熱処理後、得られたＰｔ／Ｃｕ積層膜上に、実施例１と同様にして、電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜からなる第三電極層を形成した。次いで、このＰｔ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例１０及び１１の半導体装置とした。
【０１２５】
（信頼性試験）
得られた実施例１０〜１１の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１２６】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例１０〜１１の半導体装置の電圧降下を測定したところ各々０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１２７】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成し、更に、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。次いで、前記半導体装置の作製と同様にしてスパッタにより約０．２μｍのＳｉを含む密着層を形成し、その後、ターゲットをＰｔに変更し、０．２μｍのＰｔからなる第一電極層を形成した。次いで、実施例１０及び１１における半導体装置の製造方法と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＣｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【０１２８】
次いで、実施例１０又は１１における半導体装置の製造方法と同じ条件で熱処理を行い、その後、実施例１と同様にして、Ｐｔ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例１０及び１１における引張試験用のサンプルを形成した。
【０１２９】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例１０〜１１における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。４００℃で熱処理を施した実施例１０におけるサンプルの引張強度は７．０ＭＰａであり、５００℃で熱処理を施した実施例１１のサンプルの引張強度は７．３Ｍｐａであった。
【０１３０】
［実施例１２〜１３］
実施例１２〜１３は、ステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ４４０Ｃ）上に直流プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、スパッタ法によりＰｔからなる第一電極層を形成した三層構造の積層電極を有し、更に、実施例１３にはＤＬＣ膜と積層電極との間にＳｉからなる密着層が設けられており、且つ、第一及び第二電極層の形成の際に熱処理（アニール処理）を施して半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した例について説明する。
＜半導体装置の作製＞
Ａｌの代わりにステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ４４０Ｃ）を用いた以外は実施例２と同様にして、ヒートシンク用の放熱板を作製し、該放熱板上面に厚さ３μｍのＳｉを含有したＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２と同様にして、開口部のサイズが縦約３５ｍｍ×横約１８ｍｍであり、厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクをＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。
【０１３１】
次いで、実施例１３においては、スパッタ装置を用い、Ｓｉを約０．２μｍの厚さで成膜し、これを密着層とした。即ち、一旦１０-6Ｔｏｒｒ以上の真空度にした後、流量２０ｓｃｃｍでＡｒを流し、Ｓｉターゲットと基体との間にＲＦ１００Ｗを印加し、約１２分間スパッタを行なって密着層を形成した。尚、実施例１２においては密着層を形成しなかった。
【０１３２】
次いで、真空状態のチャンバー内において、Ｐｔをターゲットとして、Ａｒを流量２０ｓｃｃｍで流して、Ｐｄターゲットと基体との間に交流電圧ＤＣ４４０Ｖを印加した。約３分４５秒スパッタを行い、Ｐｄからなる厚さ０．２μｍの第一電極層を形成した。放熱板をスパッタ装置から取り出した後、ＥＢ蒸着装置に設置し、実施例１と同様の条件で厚さ０．５μｍのＣｕからなる第二電極層を形成し、Ｐｔ／Ｃｕ積層膜を得た。
【０１３３】
第二電極層まで形成された放熱板をＥＢ蒸着チャンバーから取り出し、アニール炉内の試料台に設置した。次いで、大気圧、水素雰囲気中６００℃で３０分間熱処理（アニール処理）を行った。熱処理後、得られたＰｔ／Ｃｕ積層膜上に、実施例１と同様にして、電気めっきにより厚さ１２μｍのＣｕ厚膜からなる第三電極層を形成した。次いで、このＰｔ／Ｃｕが積層された積層電極に縦１２．３ｍｍ×横９．３ｍｍのＩＧＢＴ素子をハンダ付により接合し、実施例１２及び１３の半導体装置とした。
【０１３４】
（信頼性試験）
得られた実施例１２〜１３の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１３５】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例１２〜１３の半導体装置の電圧降下を測定したところ各々０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１３６】
＜引張試験用サンプルの形成＞
前記半導体装置の作製と同様にしてＡｌからなる放熱基体の上にＳｉを含有した絶縁性のＤＬＣ膜を厚さが約３μｍとなるように形成し、更に、直径４ｍｍの円形の開口部を有し厚さが約０．ｌｍｍのＳＵＳ製のメタルマスクを、ＤＬＣ膜の表面に治具により密着させた。次いで、実施例１３においては前記半導体装置の作製と同様にしてスパッタにより約０．２μｍのＳｉを含む密着層を形成した。その後、Ｐｔをターゲットとして、０．２μｍのＰｔからなる第一電極層を形成した。次いで、実施例１２及び１３における半導体装置の製造方法と同じ条件でＥＢ蒸着装置のチャンバー内を真空にし、ＥＢ蒸着によってＣｕからなる厚さ０．５μｍの第二電極層を形成した。この際、積層膜は、メタルマスクの開口部にだけ成膜されていた。
【０１３７】
次いで、実施例１２又は１３における半導体装置の製造方法と同じ条件で熱処理を行い、その後、実施例１と同様にして、Ｐｔ／Ｃｕ積層膜上に電気めっきにより第三電極層として厚さ１２μｍのＣｕ厚膜を形成した。更に、この電極上にハンダ接合のためのネジ（頭部に直径約４ｍｍの平坦部を有する真鍮製のネジ）をハンダ付けし、実施例１２及び１３における引張試験用のサンプルを形成した。
【０１３８】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例１２〜１３における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。実施例１２におけるサンプルの引張強度は２４．３ＭＰａであり、実施例１３のサンプルの引張強度は３６．９Ｍｐａであった。実施例１３の引張強度は、本実施例中最も高かった。引張試験後の実施例１３の破断面を、Ｘ線回折で観察したところ、白金シリサイドが存在していることが確認できた。このため、白金のシリサイド化により、密着性が高くなったと考えられる。なお、実施例１２の破断面を、Ｘ線回折で観察したが、白金シリサイドは確認できなかった。しかし、実施例１２の引張強度も極めて高く、ＤＬＣと白金が物理的結合、吸着、分子聞力、化学結合等何らかの結合をしているものと推測される。
【０１３９】
［実施例１４］
実施例２において放熱板を形成する金属基体を銅合金（ＪＩＳ：Ｃ１０２０）に変更した以外は実施例２と同様にして半導体装置を作製し、更に引張強度試験用のサンプルを形成した。
【０１４０】
［比較例１］
実施例１と同様にして、ＤＬＣ膜の表面に電極層としてＣｕを電子ビーム蒸着によって０．２μｍの厚さでメタライズした。次いで、ＥＢ蒸着装置のチャンバー内を２×１０-6ｔｏｒｒ（約２６６．６×１０-6Ｐａ）以上の真空状態となるように排気した後、放熱板と純度９９．９％のＣｒ粒を入れたハース（坩堝）との間に８ｋＶの電圧を印加し、０．４０Ａの電流を１３分間流し、Ｃｋａｒａｎａｒｕ約０．５μｍの電極層を形成した。次で、Ｃｕ金属層にＩＧＢＴ素子をハンダ付けにより接合し、比較例とした。
【０１４１】
比較例においては、上述の信頼性等の評価をおこなう以前、ハンドリング中に基板と素子とが剥離してしまった。基板と素子との剥離は、ＤＬＣとハンダとの間で起こっており、電極層のＣｕは消失していた。即ち、ハンダ付過程の加熱によってＣｕがハンダとの溶食（ハンダ食われ）を起こし、ハンダ成分と溶融して、単体の金属Ｃｕが消失したため、ＤＬＣとの密着性を消失したものと考えられる。
このように、Ｃｕ単層によっては、密着性の高い電極は得られなかった。
【０１４２】
（信頼性試験）
得られた実施例１４の半導体装置について実施例１と同様の信頼性試験をおこなった。試験後、外観検査を行なったところ、電極等の剥離は認められず、密着性が高く、信頼性の高い半導体装置であることが分った。
【０１４３】
（電気特性〉
実施例１と同様にチップ端から、幅１０ｍｍで配線を引き出したパターンにおいて、コレクター電流２００Ａを流し、１０ｍｍ離れた位置で実施例１４の半導体装置の電圧降下を測定したところ０．３Ｖであった。これは、素子自体の電圧降下（オン抵抗）約２Ｖと比較して小さい値であり、横方向に大電流を流しても問題がないことが明らかとなった。
【０１４４】
（引張試験）
実施例２と同様の引張試験機を用いて、実施例１４における引張試験用のサンプルについて引張試験を行なった。実施例１４におけるサンプルの引張強度は４．６ＭＰａであった。
【０１４５】
尚、実施例１〜１４において成膜されたＤＬＣ膜に含まれる水素の含有量を、ＥＲＤ法（弾性反跳粒子法）により測定したところ３０ａｔ％であり、ケイ素の含有量をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）により測定したところ１６ａｔ％であった。また、ＤＬＣ膜の結晶性についてＸ線回折によりＣｕ管球を用いて加速電圧４０ＫＶ、電流３００ｍＡ、回折角測定領域１０°〜８０°として評価したところ、放熱板成分、及び、放熱板上に設けられた第一電極層を形成する金属に起因する回折線以外にはシャープな回折線は確認されず、ＤＬＣ膜は非晶質であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の半導体装置の主要部の構成の一例について示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明の半導体装置の他の一例について示した模式断面図である。
【図３】図２に示す半導体装置の回路図の一例について示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０  放熱板（金属基体）
１２  ＤＬＣ膜（絶縁性非晶質炭素膜）
１４  密着層
１６  積層電極
１８  第一電極層
２０  第二電極層
２２  第三電極層
２４  ハンダ層
２６  半導体素子
４１，４２  引出電極
５０，５１，５２  バスバー
６０，６１，６２  配線
７０，７０  樹脂ブロック
８０  封止用ゲル
１００，２００    半導体装置
【図１】
2006245235.tif 000003
【図２】
2006245235.tif 000004
【図３】
2006245235.tif 000005